Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Каротаж нейтронов деления (КНД-М) при разведке и эксплуатации месторождений урана гидрогенного типа

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Каротаж нейтронов деления (КНД-М) при разведке и эксплуатации месторождений урана гидрогенного типа"

На правах рукописи ДЕМЕХОВ ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

КАРОТАЖ НЕЙТРОНОВ ДЕЛЕНИЯ (КНД-М) ПРИ РАЗВЕДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАНА ГИДРОГЕННОГО ТИПА

Специальность 25.00.10 - «Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

5 ДЕК

Екатеринбург - 2013

005541427

005541427

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель - Талалай Александр Григорьевич,

доктор геолого-минералогических наук, доцент

Официальные оппоненты: Щапов Владислав Анатольевич,

доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории геодинамики ФГБУН «Институт геофизики им. Ю. П. Булашевича» УрО РАН

Шампаров Аркадий Геннадьевич,

кандидат геолого-минералогических наук, директор Института местных видов топлива ООО «Уралгипроторф»

Ведущая организация - ОАО НЛП «ВНИИГИС», г. Октябрьский,

Республика Башкортостан

Защита диссертации состоится «23» декабря 2013 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.280.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ГСП, ул. Куйбышева, 30 (III корпус, ауд. 3326).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат разослан «22» ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета д.г.-м.н., проф. ......А.Б.Макаров

^-------- " - ; ' "

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность разработки подтверждена потребностью в уране как сырье для атомной энергетики. Высокоэффективные технологии оценки и комплексного освоения стратегических полезных ископаемых входят в критические технологии федерального уровня.

При добыче урана методом подземного выщелачивания содержание урана в продуктивной залежи все время изменяется. Поэтому необходим постоянный контроль за изменением содержания урана в процессе его выщелачивания из залежи. Для управления технологическим процессом выщелачивания необходимо иметь сведения о текущей ураноносности эксплуатируемых залежей в условиях естественного залегания, контролировать качество и промышленную ценность руды, разделять кондиционные и забалансовые руды.

Традиционным методом при геофизических исследованиях скважин, пробуренных на месторождениях урана гидрогенного типа, является гамма-каротаж (ГК), данные которого позволяют рассчитать среднюю концентрацию урана в рудном интервале, пересеченном скважиной. Применение метода ГК базируется на предположении о постоянстве коэффициента радиоактивного равновесия в руде. Однако основные параметры подсчёта запасов (тоннаж и среднее содержание урана), определяемые с помощью гамма-каротажа, могут иметь значительные погрешности.

Решение проблемы прямого определения содержания урана предлагается методом каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М), возникающих в результате облучения ураноносной залежи дейтерий-тритиевыми нейтронами импульсного генератора нейтронов с энергией 14,1 МэВ. Быстрые нейтроны генератора замедляются до тепловой энергии и вызывают деление ядер урана-235. Определение содержания урана-238 основано на существующем в природе постоянном соотношении между изотопами урана-235 и -238.

Цель работы: Создание отечественной аппаратуры и методики каротажа нейтронов деления (КНД-М) для прямого количественного определения содержания урана в естественном залегании с определением геотехнологических параметров руд и пород рудовмещающего горизонта (влажность, пористость, глинистость).

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. НИР по математическому моделированию скважинного прибора (СП) и создание интерпретационно-методического сопровождения.

2. Подготовка геологической постановки задачи применительно к условиям залегания урановых руд в инфильтрационных месторождениях урана.

3. Математическое моделирование показаний пространственно-временных и энергетических полей нейтронов для характерных скважинных условий.

4. Разработка алгоритмов суммарного водородосодержания пласта в нескольких вариантах, оценка глинистости, послойной проницаемости пласта и рудовмещающего горизонта.

5. Оптимизация зонда/зондов аппаратуры по различным критериям (точность, погрешность определения пересчетного коэффициента).

6. Опытно-конструкторские работы по созданию опытного образца СП КНД-М.

7. Разработка и изготовление блока детектирования СП.

8. Разработка и изготовление системы мониторирования СП и компоновка с генератором нейтронов.

9. Разработка кода-импульсной системы СП.

10. Стендовые испытания опытного образца СП.

11. Градуирование на рудных моделях каротажа контрольно-поверочной и производственной скважин. Анализ полученных результатов, оценка метрологических параметров.

Научная новизна. В результате исследований впервые получено следующее:

1. Исследованы основные закономерности переноса нейтронов деления в условиях скважин на месторождениях гидрогенного типа с учетом элементного состава, влажности, плотности, глинистости руд и содержания микропримесей, поглощающих тепловые нейтроны.

2. Выполнена оптимизация зондов аппаратуры, разработаны методическое и интерпретационное обеспечение, программы регистрации, обработки и интерпретации методов ИНК-Т и КНД-М.

3. Разработана и запатентована современная многозондовая аппаратура КНД-М. Выпущена опытная партия.

4. Проведены комплексные работы по внедрению приборов КНД-53 (60):

- градуировка скважинных приборов на моделях ОСО СОСВУРТ - 5,7 (РУ-5,6 п. Шиели, п. Айгене);

- каротаж в КПС № 6789 и оценка точности определения содержания урана;

- каротаж КНД-М и интерпретация комплекса методов по скважинам эксплуатационной разведки на технологических полигонах 5 месторождений. Каротаж КНД-М выполнен на 157 скважинах.

Практическая значимость и реализация результатов. Разработанный программно-аппаратурный комплекс проведения КНД-М (КНД-48/53), реализующий двухзондовую методику измерений параметров уранового оруденения, позволяет за одну операцию спуска-подъема получить следующие данные:

1. При проходе снаряда к забою скважины осуществлять гамма-каротаж со скоростью до 600 м/ч, по которому выделяется рудный интервал.

2. При обратном ходе проводить КНД-М каротаж со скоростью до 50 м/ч, по результатам которого определяют следующие параметры:

- диапазон измерений массовой доли природного урана: 0,005 - 0,5 %;

- диапазон измерений массовой доли радия (в эквиваленте урана): 0,005 - 1 %; -диапазон проницаемости, пористости с погрешностью ±1-2% абс, глинистости с погрешностью определения, не превышающей погрешности их определения геологическими методами, влажности, измерение жизни нейтронов в пласте (тау).

Достоверность научных положений выводов, технических решений и рекомендаций подтверждена результатами исследований. КНД-М опробован на нескольких гидрогенных месторождениях урана в Казахстане: «Заречное», «Буденновское», «Мынкудук», «Канжуган», «Семизбай».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-технической конференции «Приборостроение-2004 (Екатеринбург, 2004); IV Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы урановой промышленности» (Алматы, 2006); II Международном симпозиуме «УРАН: Ресурсы и производство» (Москва, 2008); IV Всероссийской конференции «Нефтегазовое и горное дело» (Пермь, 2011); Международном симпозиуме, посвященном 60-летию образования геофизического факультета УГГУ (Екатеринбург, 2012); VI и XI Уральской горнопромышленной декаде (Екатеринбург, 2008,2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ в соавторстве, две из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, в т. ч. два патента (№ 71003, 71004). В работах, написанных в соавторстве, соисполнителю принадлежит постановка задачи, проведение аналитических, экспериментальных, производственных работ и обобщение их результатов.

Личное участие автора. Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований по разработке аппаратурно-методического комплекса каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М) при разведке и эксплуатации месторождений урана гидрогенного типа. Автор лично участвовал в проведении опытно-методических исследований, полевых работ и внедрении аппаратурно-методического комплекса КНД-М.

При разработке аппаратурно-методического комплекса автор опирался на основополагающие работы Ю. П. Булашевича, Г. С. Возженикова, Г. И. Гани-чева, Г. В. Горшкова, Ю. Б. Давыдова, С. А. Игумнова, С. А. Кантора, Д. А. Кожевникова, Б. М. Колесова, Е. С. Кучурина, Б. Е. Лухминского, Н. А. Макарова, Н. А. Маца, А. Л. Поляченко, И. М. Хайковича, В. В. Чер-дынцева, Я. А. Чубека, Ю. С. Шимилевича и других ученых.

Защищаемые положения:

1. Предложенный комплекс методического и аппаратурного обеспечения каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М) при разведке и эксплуатации месторождений урана гидрогенного типа расширяет область применения метода для количественного определения содержания урана в естественном залегании.

2. Разработанная технология каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М) для определения содержания урана в естественном залегании

позволяет исключить ошибки, связанные с изменением коэффициента радиоактивного равновесия в процессе выщелачивания урана и оценить геотехнологические параметры горных пород и руд.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 63 наименования. Работа изложена на 221 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 43 таблицы.

В общей характеристике работы показана актуальность, сформулированы цель, задачи и методы исследований, научная новизна, отражена практическая значимость, сформулированы защищаемые положения, приведены сведения об апробации работы и личном вкладе автора.

В главе 1 «Геолого-геофизические предпосылки для постановки метода КНД-М (на примере месторождения «Заречное»)» приведен обзор изученности, раскрыта геологическая позиция месторождения, дана характеристика рудных залежей, вещественного состава и литологических типов, определена радиологическая характеристика месторождения и методика геологоразведочных работ. Приведенные примеры определяют круг задач, поставленных перед настоящей работой и большей частью определивших выбор аппаратурно-методического комплекса.

В главе 2 «Теоретические предпосылки метода КНД-М» даны основы теории метода, рассчитаны параметры переноса нейтронного излучения, показано пространственное распределение первичных нейтронов генератора и мгновенных нейтронов деления в однородной бесконечной среде с равномерным оруденением, первичных (О-Т)-нейтронов генератора и быстрых нейтронов деления в гетерогенной среде с цилиндрической границей раздела, быстрых и тепловых нейтронов генератора.

В главе 3 «Результаты численного расчета нейтронных диффузионных параметров (НДП) и величины пересчетного коэффициента для интерпретации результатов КНД-М» приведены методика и результаты расчета НДП и пересчетного коэффициента для КНД-М.

В главе 4 «Применение метода каротажа нейтронов деления...» обоснован аппаратурный комплекс КНД-М, приведены результаты исследований с опытными образцами на технологических полигонах, моделях, контрольных скважинах, показаны новые возможности методики определения содержания урана и использования геотехнологических параметров при интерпретации каротажа методами КНД-М и ИНК-Т опытных образцов скважинных приборов КНД нового поколения.

В заключении приведены основные выводы и результаты, полученные автором при выполнении данных многолетних исследований.

Основу диссертации составили результаты исследований, выполненных под руководством и при непосредственном участии автора, а также лично автором за время работы с 1984 г. по настоящее время на различных объектах Казахстана и России.

Автор благодарен своим коллегам по АО HAK «Казатомпром», Уральскому государственному горному университету, работникам производств и различных организаций (ОАО НПП «ВНИИГИС», г. Октябрьский; ООО «Институт испытаний», г. Екатеринбург; ФГУП «Комбинат «Электрохим-прибор», г. Лесной, Свердл. обл.; НПО «Рудгеофизика», г. С-Петербург и др.), с которыми он сотрудничал, специалистам, принимавшим участие в обсуждении результатов исследования, за их содействие в работе и внимание.

Автор считает своим приятным долгом выразить признательность действительному члену Российской инженерной академии, профессору, доктору физико-математических наук Ю. Б. Давыдову за постоянное внимание и помощь в организации работ по проблеме.

Автор выражает свою глубокую признательность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, зав. кафедрой геофизики А. Г. Талалаю за помощь в реализации исследований, постоянную поддержку, за консультации, советы и дискуссии по широкому кругу проблем.

Непосредственная реализация разработок на конкретных объектах России и Казахстана, внедрение конкретных методик и технологии проведена совместно с Ю. Б. Давыдовым, Е. С. Кучуриным, А. Г. Тапалаем, А. Л. Поля-ченко, Д. Р. Румянцевым, В. Т. Перелыгиным, С. А. Седышевым, А. И. Машки-ным, Т. А. Глушковой, А. Ф. Шестаковым и др., которым автор выражает глубокую благодарность.

Автор благодарен за помощь в проведении испытаний и внедрении разработки главным специалистам ряда научных и производственных организаций В. Р. Давлетшину, С. В. Мазуру, С. П. Конышеву и многим другим специалистам.

Обоснование защищаемых положений:

1. Предложенный комплекс методического и аппаратурного обеспечения каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М) при разведке и эксплуатации месторождений урана гидрогенного типа расширяет область применения метода для количественного определения содержания урана в естественном залегании.

Опробование радиоактивных руд по скважинам, основанное на химическом анализе керна, является трудоемкой и дорогостоящей операцией. Качество такого опробования и его оперативность не всегда соответствуют требованиям производства из-за неполного выхода керна и разрыва во времени между его отбором и получением результатов анализа. При отработке месторождений методом подземного выщелачивания подъем керна вообще исключается. От указанных недостатков свободны ядернофизические методы опробования урановых руд, среди которых большое значение имеет каротаж мгновенных нейтронов деления ядер урана (КНД-М).

Однако достоверность результатов КНД-М снижается из-за погрешностей измерения, связанных с влиянием переменной влажности, плотности, вещественного состава горных пород и влиянием промежуточной зоны между

стенкой скважины и скважинным прибором. Поэтому возникает необходимость в количественной оценке указанных мешающих факторов. Для повышения точности и достоверности определения содержания урана по данным КНД-М необходимо исследовать закономерности переноса мгновенных нейтронов деления в условиях буровой скважины.

Для решения прямых и обратных задач опробования урановых руд по мгновенным нейтронам деления было выбрано диффузионное приближение теории переноса нейтронов.

При расчете предполагалось, что продуктивный пласт содержит ядра урана, которые под действием первичных нейтронов генератора делятся и мгновенно испускают быстрые нейтроны деления. Регистрируя нейтроны деления, можно определить содержание урана в среде. Наличие ядер урана в среде будем в дальнейшем называть оруденением.

Для оценки пространственного распределения нейтронов в больших массах горных пород можно использовать известные приближения теории переноса нейтронов - возрастное и диффузионное. Каждое приближение теории переноса нейтронов имеет свои условия применимости, преимущества и ограничения.

Основные условия применимости возрастного приближения: среда должна быть бесконечной, гомогенной и изотропной, состоять из не слишком легких ядер, не иметь пустот и поглотителей. Сечение рассеяния должно слабо зависеть от энергии замедляющихся нейтронов. Учитываются только упругие столкновения. Упругое рассеяние должно быть изотропным в системе центра масс. Неупругое рассеяние пренебрежимо мало. Вероятность поглощения много меньше вероятности рассеяния. Число столкновений, испытываемых нейтроном при замедлении, достаточно велико.

Анализ границ применимости возрастного приближения для сред произвольного изотопного состава был выполнен Д. А. Кожевниковым, который показал, что на малых расстояниях от источника возрастное приближение хорошо согласуется с экспериментальными данными. При решении задач нейтронного каротажа горных пород с малым водородосодержанием в границах применимости приближения оказываются размеры всех практически используемых зондов. В горных породах с повышенным водородосодержанием использование возрастного приближения справедливо лишь для зондов малого размера.

В отличие от возрастного приближения целесообразность использования диффузионного приближения в теоретическом плане диктуется широкой распространенностью процесса физической диффузии нейтронов в природных средах. Большая протяженность природных сред, слабое поглощение излучения и высокие сечения рассеяния породообразующих элементов приводят к многократным столкновениям и возникающей в результате этого диффузии нейтронов. При этом предшествующий диффузии лучевой перенос первичного нерассеянного излучения (первый пролет нейтронов по лучам) и следующий за диффузией процесс поглощения нейтронов, потерявших свою энергию, играют

подчиненное значение. Соотношение прямого (двигающегося по лучам) и рассеянного нейтронного излучения сдвинуто в сторону преобладания рассеянного излучения.

Удобство в использовании диффузионного приближения объясняется простотой и достаточной для практических целей точностью его математического аппарата, хорошо разработанными методами решения уравнений диффузии (использование функций Грина, интегральные преобразования, применение фиктивных источников) и численными методами решения (использование разностной факторизации, численное дифференцирование). Все эти методы разработаны ранее при расчете ядерных реакторов.

Однако возможность использования готовых решений, известных из теории ядерных реакторов, ограничена спецификой исследования пространственного распределения нейтронов в разведочных скважинах. Проблемы возникают из-за сложного элементного состава рудных тел и особенностей геометрии измерений, когда детектор отделен от исследуемого пласта промежуточной зоной переменного вещественного состава (обсадная колонна, скважинный флюид). В настоящее время для расчета потока нейтронного излучения в скважинах кроме диффузионного приближения используют вычислительный эксперимент (метод Монте-Карло), сводящийся к численному решению задач теории нейтронного каротажа, и сеточные методы численного решения уравнений диффузии.

К преимуществам диффузионной теории по сравнению с численным решением задач методом Монте-Карло следует отнести ее аналитический характер. При выполнении численных расчетов величина потока ядерного излучения определяется только в данной точке пространства для конкретной ситуации, что затрудняет изучение закономерностей переноса излучения в целом. Диффузионная теория позволяет выразить пространственное распределение потока нейтронов в аналитическом виде с помощью формул, оценить основные закономерности переноса в любой точке пространства и исследовать общие процессы миграции нейтронов генератора и нейтронов деления.

Точность метода Монте-Карло при случайном выборе траекторий с увеличением объема выборки растет медленно. Поэтому проведение достаточно точных вычислений весьма трудоемко. Это ограничение особенно существенно на больших расстояниях от источника, где поток мал и лишь небольшая часть общего числа траекторий участвует в формировании потока. Точность расчетов в диффузионном приближении с увеличением длины зонда, наоборот, растет. Для источников, распределенных по объему, эффективность метода Монте-Карло резко снижается. Затраты труда и времени на выполнение расчетов быстро растут.

Сопоставительный анализ свидетельствует о том, что теория диффузии выгодно отличается от численного моделирования простотой математического аппарата, быстротой реализации вычислений на ЭВМ и общностью

получаемых результатов. Численное моделирование слишком трудоемко, особенно для случая объемных источников. Поэтому проблема выбора подходящего приближения для описания переноса нейтронов генератора и нейтронов деления была решена в пользу диффузионного приближения.

Основы теории прямого определения содержания урана при разработке гидрогенных месторождений урана способом подземного выщелачивания в настоящее время не совершенны. Необходимо исследовать основные закономерности переноса нейтронов деления в условиях скважин на месторождениях гидрогенного типа с учетом элементного состава, влажности, плотности, глинистости руд и содержания микропримесей, поглощающих тепловые нейтроны генератора.

Автор принимал участие в оптимизации зондов аппаратуры, разработке методического и интерпретационного обеспечения, программы регистрации, обработки и интерпретации методов ИНК-Т и КНД-М.

Разработана принципиально новая аппаратура и технология дистанционного прямого определения содержания урана в условиях его естественного залегания по данным каротажа нейтронов деления ядер урана на гидрогенных месторождениях, отрабатываемых способом подземного выщелачивания.

Теоретическая проработка каротажа нейтронного деления ранее была выполнена многими организациями, одной из основоположников является ВИРГ «Рудгеофизика». В 1970-1980 гг. Уральская ядерногеофизическая школа активно участвовала в настоящих исследованиях. Были получены авторские свидетельства: Давыдов Ю. Б. № 481217 приоритет от 11.02.1970 г.; № 508155, приоритет от 21.05.1974 г. и др.

В 1997 г. на основе теоретических расчетов, выполненных профессором Ю. Б. Давыдовым, исследования по разработке и изготовлению аппаратурно-программного комплекса КНД были инициированы Институтом испытаний и сертификации минерального сырья (А. Г. Талалай, Ю. Б. Давыдов, Ю. В. Де-мехов, Д. Р. Румянцев), «ИНГЕО» (Е. С. Кучурин, В. Т. Перелыгин, А. И. Машкин).

Разработка защищена патентами РФ (№ 71003, 71004).

Приведенная на рис. 1 диаграмма сравнения данных гамма-каротажа (выделен зеленым цветом) и КНД-М (выделен желтым цветом) по скважине наглядно показывает неприемлемость использования для подсчета запасов и контроля за отработкой месторождений урана такого традиционного метода, как гамма-каротаж, который требует дополнительных исследований по изучению радиологических условий каждого месторождения, а в отдельных случаях конкретных залежей и даже подсчетных блоков месторождения гидрогенного типа.

BorpHolf №7D0B5<1|

Рис. 1. Пример сопоставления данных гамма-каротажа и каротажа КНД-М. показывающий различия в ореолах распределения радия и урана в пределах скважины (коэффициент радиоактивного равновесия равен 0.8)

Разработанный программно-аппаратурный комплекс проведения КНД-М (КНД-48/53) (рис. 2-4), реализующий двухзондовую методику измерений параметров уранового оруденения, позволяет за одну операцию спуска-подъема получить следующие данные:

1. При проходе снаряда к забою скважины осуществлять гамма-каротаж со скоростью до 600 м/ч, по которому выделяется рудный интервал.

2. При обратном ходе проводить КНД-М каротаж со скоростью до 50 м/ч, по результатам которого определяются следующие параметры:

-диапазон измерений массовой доли природного урана: 0,005 - 0,5 %; -диапазон измерений массовой доли радия (в эквиваленте урана): 0,005 - 1 %; -диапазон проницаемости, пористости с погрешностью ± 1-2% абс. глинистости с погрешностью определения, не превышающей погрешности их определения геологическими методами, влажности, измерение времени жизни нейтронов в пласте.

Измерительная аппаратура КНД-М имеет следующие технические характеристики:

Диапазон измерения водонасыщенной пористости, % 0-30

Порог чувствительности определения урана, % 0-0,05

Диапазон измерения МЭД, мкр/час 0-10000

Предел основной относительной погрешности, %: 2-5 Код передачи данных: Манчестер -2

Максимальная рабочая температура, °С: 50

Максимальное рабочее давление, МПа: 10

Диаметр, мм 48 (52)

Длина, мм 3220

Общая масса, кг 25 (30)

я

з

Рис. 2. Блок-схема аппаратурного комплекса КНД-М (двухзондовый стандарт)

Рис. 3. Сравнение результатов анализа керна скважин и результатов измерений КНД-М (применен прибор КНД-53 в двухзондовом стандарте)

Рис. 4. Сравнение результатов анализа керна скважин и результатов измерений КНД-М (применен прибор в однозон-довом стандарте)

Определение содержания урана в скважинах полигонов ПВ на современном этапе базируется в основном на интерпретации результатов гамма-каротажа. В связи со сложной радиологией руд, присущей месторождениям урана гидрогенного типа, параметры рудных пересечений (мощность, содержание урана), определенные по интерпретации гамма-каротажа, могут иметь существенные погрешности. Линейные запасы по аномальным пересечениям технологических скважин являются одним из основных факторов формирования качественных по содержанию урана продуктивных растворов на технологических блоках полигонов ПВ. В начале 1980-х гг. в НПО «Рудгеофизика» была разработана и внедрена в производство скважинная аппаратура АГА-101 «Импульс» ТСКУ-91 (выпуск прекращен в

конце 80-х гг.) для прямого определения урана в рудах песчано-глинистого состава на гидрогенных месторождениях методом КНД-М. Аппаратура АГА-101 «Импульс» ТСКУ-91 успешно использовалась в ПГО Мингео СССР для подсчета запасов на стадии предварительной разведки месторождений с получением подсчетных параметров по рудным интервалам, близким к фактическим. Наиболее важным применением каротажа КНД-М (АГА-101 «Импульс» ТСКУ-91) было его использование при контролировании процесса динамики извлечения урана из рудных интервалов по наблюдательным скважинам полигонов ПСВ. Последняя модификация скважинного прибора, реализующего метод КНД-М по однозондовой методике СПМ-60 (длина 3300 мм, диаметр 60 мм), была выпущена НПО «Рудгеофизика» в 1987 г. Современным аналогом аппаратуры СПМ-60 является аппаратура АИНК-60, используемая на рудниках НАК «Казатомпром» с 2000 г. Габаритные размеры скважинного прибора аппаратуры АИНК-60 (длина 3250 мм, диаметр 60 мм) обусловили проблемы ее использования в технологических скважинах с обсадкой трубами ПВХ 90x8 мм и ПНД 110x18 мм. Следует отметить, что каротаж КНД-М с аппаратурой СПМ (АИНК-60) не определяет пористость (влажность) Кп и с необходимой точностью Кгп в пределах рудных интервалов. Распределение значений К„ и Кг„ по рудовмешающим отложениям, включая рудные, подрудные и надрудные интервалы, учитывается в геотехнологических расчетах на современном этапе при проведении ПСВ. Наряду с этим остается открытым вопрос влияния Кп на точность определения содержания урана методом КНД-М аппаратурой АИНК-60 в рудных интервалах скважин. Итак, возникла необходимость создания аппаратуры, реализующей на современном уровне импульсные нейтронные методы каротажа (КНД-М, ИНК-Т), позволяющие решать вышеизложенные задачи. Соответственно, необходимо было разработать новое программно-математическое обеспечение комплексной интерпретации методов КНД-М, ИНК-Т с решением задач по уточненному определению распределения содержания урана по рудным интервалам и пористости, глинистости по рудоносной зоне (рис. 5).

Рис. 5. Пример использования КНД на одном из вышеприведенных месторождений для прямого определения массовой доли урана с учетом влияния водородосодержания среды

2. Разработанная технология каротажа мгновенных нейтронов деления (КНД-М) для определения содержания урана в естественном залегании позволяет исключить ошибки, связанные с изменением коэффициента радиоактивного равновесия в процессе выщелачивания урана и оценить геотехнологические параметры горных пород и руд.

В период с 2000 по 2001 гг. был разработан опытный макет скважинного прибора КНД-48 каротажа КНД-М. В скважинном приборе КНД-48 впервые из аналогичных разработок реализована и адаптирована система телеметрического обмена информацией скважинный прибор - регистратор со скоростью 83 Кбод на основе биполярного кода «Манчестер-2». В скважинном приборе КНД-48 применена двухзондовая детекторная система, реализующая следующие виды каротажа: 1) каротаж нейтронов деления мгновенных - КНД-М (1-зонд), 2) импульсный нейтронный каротаж по тепловым нейтронам - ИНК-Т (2-зонд) и интегральный гамма-каротаж.

Реализация каротажа ИНК-Т существенно увеличила возможности интерпретации каротажа КНД-М по определению с меньшей погрешностью линейных запасов урана по рудным интервалам, а также их геологических параметров (пористость, глинистость). Основной задачей являлось проведение полевых испытаний нового образца опытной аппаратуры КНД-48, обработка и интерпретация полученных результатов каротажа на основе разработанного блока программно-математического обеспечения.

Разработанная программа интерпретации данных каротажа КНД-48 позволяет выделять в границах рудного тела и рудовмещающих отложений интервалы с различной пористостью, глинистостью; учитывать влияние пористости (влажности) пород на пересчетный коэффициент и проводить последующее уточненное определение содержания урана в аномальных интервалах скважин. Необходимо отметить, что в настоящее время при интерпретации данных каротажа КНД-М, выполненного аппаратурой АИНК-60, используется среднее априорное значение влажности пород, установленное по данным гидрогеологических исследований в целом по месторождению.

Необходимость определения влажности по рудным пересечениям обосновывается также анализом данных по базе данных «Атомгео-КНД-М» (аппаратура АГА-101 «Импульс») месторождения «Мынкудук» (табл. 1).

Приведенные данные подтверждают важность учета значений влажности н> при количественной интерпретации данных каротажа КНД-М.

В ходе проведения полевых испытаний на технологических блоках ПВ-17, ПВ-19 Степного РУ были оценены технические возможности аппаратуры КНД-48 и результаты интерпретации каротажа КНД-М скважинной аппаратуры КНД-48.

Таблица 1

Зависимость значений Кс от параметров н>, <1, т, для части скважин базы данных «Атомгео - КНД-М» месторождения «Мынкудук»

Номер скважины С1 т, ч' кс

Блок № 1

14767 115 256 16,6 103,2

13070 115 250 25,6 80,7

12985 115 249 17,7 96,7

Блок № 2

13137 115 230 14,8 89,1

12791 115 234 20,6 81,9

15448 115 234 14,4 92,3

13138 115 229 20.3 79,6

13141 115 231 21,5 78,2

13144 115 235 16,4 90.0

14944 115 234 18.1 86,6

13064 115 232 21,3 79,6

12537 115 231 19,7 82.0

15430 115 235 12,9 94,7

12972 115 230 22,8 75,1

Примечание: с1 - диаметр обсадной колоны, мм; тэ - измеряемое время жизни нейтронов в пласте, мкс; 1г - влажность, %; Кс - пересчетный коэффициент для урановых руд силикатного состава, имп./мин на 0,01 % урана.

Методика исследований. Методика исследований включала в себя проведение градуировки скважинного прибора КНД-48 в соответствии с Инструкцией по каротажу методом мгновенных нейтронов деления при изучении урановых месторождений гидрогенного типа (Мингео СССР, НПО «Рудгеофизика, 1986). Градуировка прибора КНД-48 проводилась в комплексе с цифровым регистратором «Гектор» (НПФ «Геофизика», г. Уфа) и ОАО НПП «ВНИИГИС» (г. Октябрьский, Россия). Основные контрольные коэффициенты градуировки скважинного прибора КНД-48 и т — время жизни тепловых нейтронов однородной среды (воды - 207 мкс.) для метода ИНК-Т были определены с погрешностями не более ± 3 % отн. Измерения при каротаже на скважинах выполнялись по инструктивным требованиям для канала записи каротажа КНД-М скважинного прибора КНД-48 и, согласно Методическим указаниям по проведению измерений и интерпретации результатов по импульсному нейтронному каротажу, по каналу ИНК-Т.

Обработка данных каротажа КНД-48 осуществлялась программой интерпретации, разработанной в системе научных и инженерных расчетов Ма11аЬ 6.1. В основе алгоритмов интерпретации лежат матрицы, связывающие представление пересчетного коэффициента по урану в пластах для аппаратуры КНД-48 в зависимости от водородосодержания пласта (пористости), диаметра скважины, нейтронных поглощающих свойств породы. На основе данных

непрерывного способа регистрации X по разрезу скважины ведется количественная интерпретация следующих параметров рудовмещающих отложений: макроскопического сечения поглощения тепловых нейтронов пласта Sa„, пористости Кт глинистости Кгл в пластах.

Алгоритм интерпретации данных каротажа скважинного прибора КНД-48 позволяет решать следующие задачи:

- фильтрацию исходных каротажных данных;

- выделение аномальных и фоновых участков, расчет фоновых значений нейтронных сигналов по каналу регистрации нейтронов деления урана;

- определение нейтронных параметров и физических характеристик (пористости) по каждому аномальному интервалу (части интервала) или интервалу записи по рудовмещающим отложениям;

- проведение дифференциальной интерпретации результатов каротажа КНД-М по рудоносной зоне;

- выделение кондиционных по урану интервалов, расчет параметров мощности, линейного запаса, среднего содержания;

- расчленение рудных интервалов и рудовмещающих отложений с расчетом содержания алеврит-глинистой фракции в (%) < 0,05 мм - (А'гл) в абсолютных значениях.

Были проведены измерения аппаратурой КНД-48 на отраслевом стандартном образце состава и свойств уранового рудного тела, пересеченного скважиной (ОСО СОСВУРТ-1). Цель измерений - сравнение значения пористости Кп, полученной на основе серии поточечных измерений по методике расчета по способу «ИНК-Т-Ъ>, со значением пористости (влажности), приведенным в паспорте на модель ОСО СОСВУРТ-1. Методика расчета пористости (влажности) по способу «ИНК-Т-Ъ> обеспечивает минимальную суммарную погрешность определения К„. Одновременно с определением Кп был определен коэффициент глинистости КТП модели ОСО СОСВУРТ-1. Был проведен каротаж аппаратурой КНД-48 контрольно-поверочной скважины (КПС) № 6789. Сравнением полученных результатов интерпретации каротажа КНДМ на КПС № 6789 по приборам ТСКУ-91 и КНД-48 обосновано дальнейшее проведение работ по полевым испытаниям аппаратуры КНД-48.

Общее суммарное количество погонных метров записи каротажа аппаратурой КНД-48 по всем скважинам составило 107,4 м.

Была проведена серия поточечных измерений методами КНД-М и ИНК-Т в заполненном водой скважинном интервале модели ОСО СОСВУРТ-1. На основе зарегистрированных пространственно-временных спектров тепловых нейтронов программно по методике «ИНК-Т-Ъ> была определена пористость Кп модели ОСО СОСВУРТ-1 в 31 %. Значение К„, приведенное в паспорте модели, составляло 32,5 %. Полученная абсолютная погрешность определения пористости модели ОСО СОСВУРТ-1 в ±1,5 % сопоставима с данными расчета полной погрешности в ±1-2% пористости, определяемой прибором КНД-48 при его математическом моделировании в области высоких пластовых значений пористости в интервале 20-50 %. На основе определенных

поточечных значений т модели ОСО СОСВУРТ-1 был определен Кг„, составивший значение ~ 9,1 %. Значение Кг„ по паспорту модели ОСО СОСВУРТ-1 равно 9,5 %. Расчетное значение Кгт по данным скважинного прибора КНД-48, и значение Кгл по паспорту модели ОСО СОСВУРТ-1 практически совпали. Интерпретация данных каротажа КНД-М и ИНК-Т по зондам прибора КНД-48 определила следующие параметры рудного интервала: т - 6,4 м (~ +5% отн.), Си - 0,094 %(~ +3 % отн.), тСи - 0,599 м-% +7 % отн.), и- - 21,5 % -6,5 % отн), Л"п ~ 4 %, Кгл - содержание алеврит-глинистой фракции < 0,05 мм ~ 16 % (~ -5 % отн.). В скобках указаны отклонения в относительных процентах от паспортных данных значений параметров КПС № 6789, полученных по результатам анализа кернового материала и осредненных значений по каротажу КНД-М по аппаратуре АГА-101 «Импульс». Дифференциальная интерпретация результатов каротажа скважинного прибора КНД-48 определила содержания урана в контрольных точках аномалии КПС № 6789 а) 0,107 % (0,12 %) ~ -10 % отн.; б) 0,164 % (0,17 %) ~ -3,5 % отн.; в) 0,154 % (0,156%) ~ -1 %отн. В скобках приведены содержания урана в контрольных точках по КНД-М (аппаратура АГА-101 ТСКУ-91) по паспорту КПС № 6789. Из сопоставленных значений можно сделать вывод о практической сходимости результатов. Важно отметить, что, согласно Инструкции по каротажу методом мгновенных нейтронов деления при изучении урановых месторождений гидрогенного типа, допустимая погрешность для единичного каротажа КПС по значению линейного запаса составляет ± 10% отн. Положительные результаты по первому этапу проведения полевых испытаний опытного скважинного прибора аппаратуры КНД-48 обосновали дальнейшее проведение работ на технологических полигонах рудников ПВ-19 и ПВ-17 Ст РУ.

Была проведена интерпретация данных каротажа КНД-М, выполненного прибором КНД-48 по скважинам технологических полигонов рудников ПВ-17 и ПВ-19.

Таблица 2

Результаты интерпретации каротажа КНДМ аномальных интервалов скважин поданным аппаратуры АПНК-60

Номер скважины Рудный интервал т С„ тС„

Блок 5-9 месторождения «Мынкудук»

КПС-19

158,7-159,4 0,7 0,1322 (0.0589) 0,0923 (0,0413) 24

229.3-230,2 0.9 0,0137(0.0114) 0,0123 (0.0102) 18

5-9-101н 211.3-217,1 5.8 0,0499(0.0216) 0,2894 (0,1253) 24

Блок 151 месторождения «Уванас»

КПСр17 94,5-95,9 1,4 0,0367 (0,0238) 0,0514(0,0333) 21

Примечание: т - мощность рудного интервала, м; Сц - среднее содержание урана по рудному интервалу, %; шС„ - линейные запасы по урану рудного интервала.

В скобках в табл. 2 указаны значения т, тс для рудных интервалов скважин блоков 5-9 ПВ-19 и 151 ПВ-17, определенные по данным каротажа аппаратуры АИНК-60, для средних значений влажности по месторождениям «Мынкудук» и «Уванас» соответственно - 14,5 % и 14,8 %. Значимые расхождения в линейных запасах по рудным интервалам скважин еще раз подтверждают факт, насколько важен учет геолого-технических условий при интерпретации каротажа КНД-М, особенно учет влажности рудовмещающих отложений.

При интерпретации результатов каротажа КНД-М с аппаратурой АИНК -60 применены значения влажности по интервалам, полученные по данным интерпретации каротажа прибора КНД-48. Из данных табл. 2, 3 видна сходимость результатов по обоим типам аппаратуры.

Таблица 3

Результаты интерпретации каротажа КНДМ аномальных интервалов скважин по данным аппаратуры КНД-48

Номер скважины Рудный интервал т с„ тС„ Кгл и>

Блок 5-9 месторождения «Мынкудук»

КПС-19

158,6-159.5 0,9 0,1323 0,1119 9 24

229,3-230.2 0,9 0,0178 0,016 3 17

5-9-101Н 211.5-217,2 5,7 0,0485 0,2717 2 23

5-9- ЮОн 214.6-218,9 4.3 0,0499 0,2147 7 12

221.8-224,6 2.8 0,065 0,1820 3 15

Блок 151 месторождения «Уванас»

КПСр17 94.5-95,9 1,4 0.0361 0,0506 6 21

664н 107.5-108,8 1,3 0,049 0,0637 5 14

По рудному интервалу скважины № 664н был определен коэффициент радиоактивного равновесия А"рр. Скважина № 664н находится в контуре технологического блока 151 ПВ-17, не подвергнутого закислению в настоящее время. Коэффициент Крр определен с использованием нейтронного канала КНД-М аппаратуры КНД-48 и гамма-канала скважинного прибора КСП-60 как отношения тСка / тСи (где тСца - 0,0414 м- %, тСп - 0,0637 м- % - линейные запасы по радию и урану балансового рудного интервала). Поправка Пэм за «отжатие» радона в околоскважинном пространстве в результаты интерпретации гамма-каротажа не вводилась в связи с сооружением наблюдательной скважины № 664н более полугода назад. Значение коэффициента Крр = 0,65 по рудному интервалу скважины № 664н принадлежит интервальному распределению Крр 0,55 0,75 (при среднем значении Крр = 0,63 по месторождению «Уванас») для нижних крыльев роллов и косвенно указывает на достоверность определения тСи аппаратурой КНД-48.

Результаты выполненных исследований со скважинным прибором КНД-48 позволили сделать следующие выводы:

1. Опытный скважинный прибор КНД-48 с регистратором «Гектор» может быть использован при определении содержания массовой доли урана по рудной зоне скважин эксплуатационной разведки, наблюдательных скважин с различной конструкцией обсадной колонны и фильтра (ПНД 110-18, ПНД 16018, КДФ-120, КДФ-98) на технологических блоках ПВ.

2. Разработана математическая модель скважинного прибора КНД-48 и на ее основе создано программно-методическое обеспечение регистрации и интерпретация данных каротажа опытного скважинного прибора КНД-48 в системе научных и инженерных расчетов Ма11аЬ 6.1.

3. Определяемые по каротажу КНД-48 по пластам рудовмещающих отложений значения пористости и глинистости (содержание в % фракции < 0,05 мм) могут быть использованы при геотехнологических расчетах по технологическим блокам и в новых программах определения свойств коллекторов по рудовмешающему горизонту по данным комплекса каротажа ГИС.

4. Целесообразно с учетом вышеизложенного продолжить опытно-конструкторские и методические работы в целях совершенствования аппаратуры КНД-48 на основе последних технических разработок в следующих направлениях:

а) конструктивное уменьшение длины зонда по каналу КНД-М и использование более эффективного по регистрации счетчика мгновенных нейтронов деления (МНД) примерно увеличит интегральный сигнал по каналу КНД-М примерно в 3 раза, что существенно улучшит метрологические характеристики скважинного прибора КНД-48;

б) изготовление новой конструкции блока мониторов;

в) разработка на новой элементной базе блока телеметрического обмена информацией скважинный прибор - регистратор со значительным уменьшением габаритов блока телеметрии и соответственно длины всего скважинного прибора;

г) разработка уменьшенного по габаритам нового скважинного блока питания.

В новых опытных приборах КНД-53 и КНД-60 учтены предложения по усовершенствованию блоков аппаратуры (блок детектирования КНД-М, блок монитора) по данным, полученным в процессе полевых испытаний опытного прибора КНД-48. Новые блоки монитора в приборах КНД-53 и КНД-60 снизили относительную погрешность определения потока нейтронов генератора с ± 15 % до (± 5% КНД-53, ±3% КНД-60); соответственно с меньшей погрешностью определяются сигналы блока детектирования КНД-М по обоим типам скважинных приборов. Были существенно переработаны схема и конструкция блока питания детекторов КНД-М и ИНК-Т, блока телеметрии, что позволило уменьшить габаритные размеры по скважинному прибору

КНД -53 до 2900 мм. В скважинный прибор КНД-60 в заданных прежних габаритах реализован канал ИНК-Т на счетчике тепловых нейтронов СНМ-18.

Проведены комплексные исследования опытными скважинными приборами КНД-53 и КНД-60.

При этом были проведены:

1. Определение градуировочной константы А для каждого скважинного прибора на моделях ОСО СОСВУРТ - 5,7 (РУ-6, п. Шиели).

2. Каротаж опытными скважинными приборами КНД-53 и КНД-60 КПС № 6789, определение значений тСп, т, С„, м', Кгл по рудному интервалу, содержания урана в контрольных точках аномалии КПС № 6789 по дифференциальной интерпретации каротажа КНД-М.

3. Каротаж и интерпретация данных КНД-М, ИНК-Т по скважине № 251625 эксплуатационной разведки на технологическом полигоне РУ-6.

В соответствии с Инструкцией... по измерениям, выполненным на моделях ОСО СОСВУРТ-5, 7, среднее значение градуировочной константы А для скважинного прибора КНД-53 составило 0,382, для прибора КНД-60 -0,716. Следующий этап (2) проведен на КПС № 6789. На диаграммах 1,2 приведены результаты каротажей КНД-М и ИНК-Т(т): интерпретация данных каротажа КНД-М и ИНК-Т по зондам прибора КНД-53, определены следующие параметры рудного интервала: т - 6,0 м ( ~ -3,2 % отн.), Си - 0,091 % -0,5 % отн.), тСи - 0,535 м-% ( ~ -3,6% отн.), и< - 24 % ( ~ +5 % отн), Кг„ - содержание алеврит-глинистой фракции < 0,05мм ~ 19,5 % ( ~ +2 % отн.). В скобках указаны отклонения в относительных процентах от паспортных данных значений параметров КПС № 6789. Дифференциальная интерпретация результатов каротажа скважинного прибора КНД-48 определила содержания урана в контрольных точках аномалии КПС № 6789: а) 0,113% (0,12%) ~ -1 % отн., б) 0,159 % (0,17 %) - -6 % отн., в) 0,145 % (0,156 %) ~ -7 % отн. В скобках приведены содержания урана в контрольных точках по КНД-М (аппаратура АГА-101 ТСКУ-91) по паспорту КПС № 6789. Из сопоставленных значений можно сделать вывод о практической сходимости результатов.

Диаграмма 1. Результаты интерпретации данных каротажа КНД-М и ИНК-Т по зондам прибора КНД-53

Диаграмма 2. Дифференциальная интерпретация результатов каротажа скважинного прибора КНД-48

На диагр. 3, 4 приведены результаты каротажей КНД-М и ИНК-Т(т): интерпретация данных каротажа КНД-М и ИНК-Т по зондам прибора АИНК-60 м, определены следующие параметры рудного интервала: т - 5,9 м ( ~ -3,3 % отн.), Сц - 0,093 %(~ +2,2 % отн.), тСи - 0,548 м-% ( ~ -1,3 % отн.), тг - 23 % (~ +8 % отн), Кгп - содержание алеврит-глинистой фракции < 0,05 мм ~ 21 % (—н8 % отн.). В скобках указаны отклонения в относительных процентах от паспортных данных значений параметров КПС № 6789. Дифференциальная интерпретация результатов каротажа скважинного прибора КНД-48 определила содержания урана в контрольных точках аномалии КПС № 6789: а) 0,1 % (0,12%) ~ -8 % отн., б) 0,167% (0,17%) ~ -1,8 % отн., в) 0,135 % (0,156%) ~ -13 % отн. В скобках приведены содержания урана в контрольных точках по КНД-М (аппаратура АГА-011 ТСКУ-91) по паспорту КПС № 6789.

Диаграмма 3. Результаты интерпретация данных каротажа КНД-М и ИНК-Т по зондам прибора АИНК-60 м

Диаграмма 4. Дифференциальная интерпретация результатов каротажа скважинного прибора КНД-48

Из сопоставленных значений можно сделать вывод о сходимости результатов, полученных при интерпретации данных каротажа КНД-М, ИНК-Т скважинного прибора КНД-60 и паспортных значений по КПС № 6789.

После получения положительных результатов интерпретации по скважинным приборам КНД-53 и КНД-60 по КПС № 6789 проведен каротаж скважины эксплуатационной разведки 251625, расположенной на одном из технологических блоков месторождения «Южный Карамурун» (РУ-6). На диагр 5, 6, 7 приведены данные интерпретации каротажа КНД-М и ИНК-Т скважинного прибора КНД-60.

Диаграмма 5. Данные интерпретации каротажа КНД-М и ИНК-Т скважинного прибора

КНД-60

КНД-60

Диаграмма 7. Данные по распределению открытой пористости и значению Л"гл — содержание алеврит-глинистой фракции < 0.05 мм по рудовмещающему интервалу

В табл. 4 приведено сопоставление данных интерпретации каротажа КНД-М и ИНК-Т скважинного прибора КНД-60 и интерпретации интегрального гамма-каротажа (ГК), выполненного скважинным прибором КСП-60 подразделением ГИС ТОО «Геотехносервис» НАК «Казатомпром».

Таблица 4

Сопоставление данных интерпретации каротажа КНД-М и интегрального гамма-каротажа (ГК)

Скв. 251625 т (м) Си (%) тС„

КНД-М 6,1 0,0678 0,4067

ГК 6,4 0,0227 0,1453

Из сравнения данных интерпретации каротажа КНД-М и ГК по параметрам т, Си, тСи можно сделать вывод о существенном расхождении. Причина данного расхождения обусловливается несколькими факторами: 1) при дифференциальной интерпретации ГК каротажа используется общая поправка коэффициента радиоактивного равновесия по месторождению «Южный Карамурун», равная 0,8; 2) используемая средняя поправка на «отжатие» радона Р = 1,1 по месторождению «Южный Карамурун» в данном случае применена, вероятно, некорректно. Из диаграммы 7 видно, что в целом рудный интервал характеризуется коэффициентом /<~гл в интервале 1 до 5-6 %, за исключением кровельной и подошвенных частей, где значение А*гл повышается до 10-15%. Одновременно значение открытой пористости составляет в среднем около 40 %, что позволяет утверждать о существенно большем значении параметра Р и существенной погрешности определения по ГК параметров т, Си, тСи,

Необходимо отдельно отметить особенности дифференциальной интерпретации данных каротажа КНД-М при расчете содержаний по рудным интервалам для скважинных приборов АИНК-60 и ТСКУ-91.

Пересчетный коэффициент Кс рассчитывается для всего рудного пересечения исходя из средних значений параметров тэ, м>, й.

В рудных пересечениях большой мощности (до 40 п.м.; месторождение «Буденновское» и др.) присутствуют пласты различных литотипов пород с различными характеристиками по К„, Л"гл и соответственно параметрами тэ, (1. Существенные изменения этих параметров в пластах приведут к погрешностям определения содержания урана. Прежняя методика интерпретации в рудных пересечениях со средним содержанием в пластах на грани балансовых содержаний 0,01 % не позволяла определять по рудному пересечению пластовые параметры (тэ, и>,) в связи с недостаточной статистической достоверностью сигналов по каналу КНД-М скважинных приборов АИНК-60 и ТСКУ-91. Определялись средние параметры /\"с. м и /\'; (аппаратура ТСКУ-91), Кс и Кгя (скважинный прибор АИНК-60) по всему рудному пересечению. Определение в пластах рудной зоны с погрешностью значений тСи, Кгл по средним значениям тэ, и\ с/ и Кс естественно должно отразиться на процессе отработки пластов ПСВ.

По скважинным приборам КНД-53 и КНД-60 рассчитаны теоретико-экспериментальные палетки (ТЭП) для методов ИНК-Т (способ ИНК-Т-^.), полученные в ходе математического моделирования скважинных приборов КНД-53 и КНД-60. Интерпретация данных ИНК-Т скважинных приборов

КНД -53 и КНД-60 по ТЭП позволяет определять К„ (и соответственно п') с абсолютной погрешностью в 1-2 %, что является неоспоримым преимуществом по сравнению с априорными значениями к>, используемыми при интерпретации данных каротажа КНД-М в скважинных приборах КНД-60.

По скважинному прибору КНД-53 проведен расчет таблиц К\ = /(п\ с/) -коэффициент, учитывающий пространственное распределение нейтронов и геометрию измерений при каротаже КНД-М для скважин, заполненных буровым раствором в пределах изменения диаметра с 70 до 210 мм. Расчет пересчетных коэффициентов по рудным пересечениям со скважинными приборами КНД-53 и КНД-60 аналогичен расчету Кс, проводимому с прибором АИНК-60, Учет введения для расчета Кс реальных пластовых значений Кп(и'), полученных при интерпретации данных канала ИНК-Т способом ИНК-Т-^, позволяет дифференцировать рудные интервалы по т, Си, тСи

Последними этапами, определяющими развитие метода КНД-М, являются:

- определение по данным каротажа ИНК-Т скважинных приборов КНД-53 и КНД-60 пластовых значений Кп, Кг„, т3 по всему рудному горизонту;

- на основе определения по данным ИНК-Т более статистически достоверных значений /<„ , Кгл, тэ уточненный расчет Кс в пластах рудных пересечений с забалансовыми содержаниями в интервалах 0,005-0,01 % и балансовых интервалах с содержанием 0,01-0,03 % урана.

Одним из важнейших показателей эффективности отработки ПСВ являются водопроводимость и фильтрационная неоднородность пород, слагающих разрез рудоносного горизонта. Существующие методы количественного послойного определения коэффициента фильтрации по скважине, основанные на нормировке значения сопротивления пласта на региональный водоупорный пласт, недостаточно точны. Погрешности определения пластовых коэффициентов фильтрации по данной методике достигают ± 40 % отн. Предлагается новый подход при решении этой задачи с использованием данных, определяемых при интерпретации данных каротажа ИНК-Т и КНД-М новых скважинных приборов КНД-53 и КНД-60.

Перечислим основные моменты в новом подходе послойного определения фильтрационной неоднородности пород рудоносного горизонта:

- определение по разрезу пластовых значений пористости К„ по способу «ИНК-Т-Ъ> с погрешностью в ±1-2 % абс.;

- определение по разрезу пластовых значений коэффициента глинистости Л"гл с погрешностью определения, не превышающей погрешностей их определения геологическими методами;

- определение по разрезу пластовых значений открытой пористости К„т по формуле: А"пот = (Кп - /<"„)/ (1- /<",л); при этом плотности вещества скелетной породы и алеврит-глинистой фракции в (%) < 0,05мм равны, что характерно для месторождений гидрогенного типа урана.

Следующий этап включал в себя расчет в пластах параметров Л"гл, А"Пот, тэ по данным базы каротажа КНД-М «Атомгео-КНД-М» месторождения «Заречное». Построение графика Кпт = / (т3) приведено на рис. 6.

Рис. 6. График Кпог = ] (тэ). Коэффициент корреляции

между параметрами КПОТ и т ,, равен = 0.9

Открытая пористость Л"пот по физическому определению должна быть связана с коэффициентом фильтрации пластов рудного горизонта. Форма графика зависимости Кпсп = / (тэ) аналогична графику зависимости коэффициента фильтрации от параметра электрометрии арк. График зависимости А"ф = /(ар,.) (рис. 7, где - арк - х) получен по гидро-

геологическим исследованиям, проведенным на стадии разведки месторождения «Заречное».

Рис. 7. График зависимости К), = /(ар,.)

На графике Л"пог = /(тэ) по аналогии с графиком зависимости Л"ф = /(арк) могут быть выделены по параметру тэ литолого-фильтрационные сорта проницаемых пород.

Определение тэ по спектрам спада тепловых нейтронов зонда, реализующего метод ИНК-Т, при скорости записи КНД-М около 40 м/ч позволяет рассчитывать тэ с погрешностью не более ± 3 % отн. и К„ с погрешностью не более 1-2%абс. Вклад в суммарную погрешность определения тэ и Кп от геолого-технических условий скважины минимален. Дифференциация рудного горизонта по Кпат и соответственно по /\~ф в пластах может быть применена в геотехнологических расчетах при проведении ПСВ.

В заключение можно отметить основные направления использования данных (Л",„ А"пот, /<"гл), получаемых при интерпретации каротажа методами КНД-М и ИНК-Т опытных образцов скважинных приборов КНД-53 и КНД-60:

- построение трехмерных геологических моделей (поля коллекторских и литологических типов пород);

- гидродинамическое моделирование в технологических блоках ПСВ;

- нейросетевая обработка данных ГИС с целью определения фильтрационных свойств пород рудного горизонта.

В настоящее время на рынке представлены несколько разнообразных пакетов; наиболее известны пакет RMS фирмы ROXAR, система GeoFarme фирмы Schlumberger, пакет Neural Network системы Matlab 6.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В итоге теоретических и экспериментальных исследований, а также опытно-методических работ разработана и внедрена аппаратура и технология каротажа нейтронов деления (КНД-М) при разведке и эксплуатации месторождений урана гидрогенного типа.

Основные выводы и результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. Выполнен анализ современного состояния аппаратуры и технологии КНД-М, который показал необходимость и возможности создания отечественной аппаратуры и методики каротажа нейтронов деления (КНД-М) для прямого количественного определения содержания урана в естественном залегании с определением геотехнологических параметров руд и пород рудовмещающего горизонта (влажность, пористость, глинистость).

2. Исследованы основные закономерности переноса нейтронов деления в условиях скважин на месторождениях гидрогенного типа с учетом элементного состава, влажности, плотности, глинистости руд и содержания микропримесей, поглощающих тепловые нейтроны.

3. Выполнена оптимизация зондов аппаратуры, разработаны методическое и интерпретационное обеспечение, программы регистрации, обработки и интерпретации методов ИНК-Т и КНД-М.

4. Разработана и запатентована современная многозондовая аппаратура КНД-М.

5. Изготовлены промышленные образцы, выполнены испытания в аналитической аккредитованной лаборатории «Уральский центр стандартизации и сертификации геофизической и геологической продукции», разработана научно-техническая документация (ТУ, паспорт, методика поверки, методика выполнения измерения) и получен сертификат в соответствии с требованием ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025.

6. Проведены комплексные работы по внедрению приборов КНД-53 (60), которые включили в себя:

- градуировку скважинных приборов на моделях ОСО СОСВУРТ;

- каротаж в контрольно-поверочной скважине, выполнена оценка точности определения содержания урана;

- каротаж КНД-М и интерпретацию комплекса методов по скважинам эксплуатационной разведки на технологических полигонах 5 месторождений. Всего каротаж КНД-М выполнен на 157 скважинах.

Использование КНД-М на стадии геологоразведочных работ позволяет существенно сократить расходы за счет:

-увеличения доли бескернового бурения до 85-90% от общего объема буровых работ;

-сокращения затрат на транспортировку кернового материала до лаборатории;

- сокращения лабораторно-аналитических работ;

- сокращения затрат на захоронение кернового материала; -повышения достоверности подсчета запасов урана на гидрогенных

месторождениях по промышленным категориям и сокращения доли геологического риска на стадии разработки ТЭО и проекта добывающего предприятия.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

I. Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК:

1. Каротаж нейтронов деления для определения содержания урана в скважинах на гидрогенных месторождениях, отрабатываемых способом подземного выщелачивания / Ю. Б. Давыдов, Ю. В. Демехов, А. И. Машкин, В. Т. Перелыгин, Д. Р. Румянцев, А. Г. Талалай П Известия вузов. Горный журнал. - Екатеринбург, 2010. - № 3. - С. 106-113.

2. Применение скважинных приборов каротажа нейтронов деления при разведке и эксплуатации месторождений урана / Т. А. Глушкова, Ю. В. Демехов, С. В. Мазур, А. И. Машкин, В. Т. Перелыгин, Е. А. Савин, А. Г. Талалай // Известия вузов. Горный журнал. - Екатеринбург, 2012. - № 3. - С.165-169.

Патенты

3. Румянцев Д. Р., Демехов Ю. В., Перелыгин В. Т., Талалай А. Г. Устройство каротажа урановых руд: Патент № 71003; Заявл. 30.08.2007; Опубл. 20.02.2008, Бюл. № 5.

4. Румянцев Д. Р., Демехов Ю. В., Перелыгин В. Т., Талалай А. Г. Устройство каротажа урановых руд: Патент № 71004; Заявл. 30.08.2007; Опубл. 20.02.2008, Бюл. №5.

II. Публикации в других изданиях

5. Решение новых задач при разведке и эксплуатации месторождений урана гидрогенного типа усовершенствованным скважинным прибором, реализующим методы каротажа нейтронов деления М (мгновенных) и

импульсного нейтронного каротажа по тепловым нейтронам / Ю. В. Демехов, Д. Р. Румянцев, В. Т. Перелыгин, А. Г. Талалай // Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы урановой промышленности»,— Алматы, 2006. — С. 22-23.

6. Методическое, метрологическое и сертификационное обеспечение производств урановой промышленности / Т. А. Глушкова, А. Г. Талалай, Ю. В. Демехов, И. М. Хайкович // Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург, 2008. - С.10.

7. Прямое определение содержания урана в скважинах / Ю. Б. Давыдов, Д.Р.Румянцев, Ю. В. Демехов, А. Г. Талалай, С. В.Мазур, А. И. Машкин, В. Т. Перелыгин, Е. А. Савин // Мат-лы Межд. симпозиума, поев. 60-летию образования геофиз. фак-та УГГУ. - Екатеринбург, 2012. - С. 133-138.

8. Оценка степени неоднородностей и проницаемости коллекторов при построении ЗП) моделей, основанных на анализе фрактальных свойств результатов каротажа / Ю. В. Демехов, И. Г. Горелов, В. В. Макаров, Д. Р. Румянцев, Е. А. Савин, А. Г. Талалай // Мат-лы XI Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург, УГГУ, 2013. - С.104-105.

9. Демехов Ю. В., Румянцев Д. Р., Савин Е. А. Аппаратура прямого определения урана в скважинах (КНД) // Мат-лы XI Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург, УГГУ, 2013. - С.112-113.

10. Техническое и метрологическое обеспечение геофизических исследований скважин на твердые полезные ископаемые / А. И. Машкин, В. Т. Перелыгин, Ю. В. Демехов, Д. Р. Румянцев, А. Г. Талалай, И. Д. Сарвартинов // Мат-лы науч.-техн. конф. «Приборостроение-2004», 1619 октября 2004. - Екатеринбург, 2004. - С. 51.

Подписано в печать 21.11. 2013 г. Бумага офсетная. Формат 60 х 84/16 Печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 18

Издательство УГГУ 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Уральский государственный горный университет

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники изд-ва УГГУ

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Демехов, Юрий Васильевич, Екатеринбург

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет»

КАРОТАЖ НЕЙТРОНОВ ДЕЛЕНИЯ (КНД-М) ПРИ РАЗВЕДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАНА

ГИДРОГЕННОГО ТИПА

Специальность 25.00.10 - «Геофизика, геофизические методы поисков

полезных ископаемых»

на правах рукописи

ДЕМЕХОВ ЮРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель -

доктор геолого-минералогических наук,

доцент

А. Г. Талалай

Екатеринбург -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ...............................................................16

ГЛАВА 1. ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ ПОСТАНОВКИ МЕТОДА КНД-М

(НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ЗАРЕЧНОЕ»)..........................................28

1.1. Краткий обзор изученности месторождения «Заречное»........................28

1.2. Геологическая позиция месторождения и структурные условия............35

1.3. Характеристика рудных залежей................................................................43

1.4. Вещественный состав и литологические типы руд..................................47

1.5. Радиологическая характеристика месторождения....................................52

1.6. Методика геологоразведочных работ, оценка их качества и

эффективности...................................................................................................58

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ МЕТОДА КНД-М................61

2.1. Основы теории метода КНД-М...................................................................64

2.1.1. Основные характеристики взаимодействия нейтронов

с ядрами горных пород..........................................................................64

2.1.2. Элементарное уравнение диффузии нейтронов................................69

2.1.3. Многогрупповое диффузионное приближение теории

переноса нейтронов............................................................................72

Постановка задачи. (Техническое задание - ТЗ)............................................78

2.2. Параметры переноса нейтронного излучения..........................................85

2.2.1. Диффузионное приближение теории переноса нейтронов.............88

2.2.2. Двухгрупповое диффузионное приближение теории

переноса нейтронов..............................................................................91

2.2.3. Методика расчета параметров переноса

нейтронов в диффузионном приближении........................................95

2.2.4. Результаты численного расчета параметров

диффузионного переноса нейтронов................................................100

2.3. Пространственное распределение первичных нейтронов генератора и мгновенных нейтронов деления в однородной бесконечной среде с равномерным оруденением..................................127

2.3.1. Закономерности переноса первичных нейтронов

генератора в однородной бесконечной среде...................................128

2.3.2. Закономерности переноса нейтронов деления

урана-235 в однородной бесконечной урансодержащей среде.... 129

2.4. Каротаж нейтронов деления в скважинах с открытой стенкой............130

2.4.1. Распределение первичных (D-T)-нейтронов генератора

в гетерогенной среде с цилиндрической границей раздела.............130

2.4.2. Распределение быстрых нейтронов деления в гетерогенной

среде с цилиндрической границей раздела......................................130

2.5. Каротаж нейтронов деления в обсаженных скважинах........................131

2.5.1. Пространственное распределение быстрых нейтронов генератора............................................................................................132

2.5.2. Пространственное распределение тепловых нейтронов генератора............................................................................................133

2.5.3. Пространственное распределение быстрых нейтронов деления. 134 ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО РАСЧЕТА НЕЙТРОННЫХ ДИФФУЗИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ И ВЕЛИЧИНЫ ПЕРЕСЧЕТНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ДЛЯ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ КНД-М........136

3.1. Пористость рудных песчаников Мынкудука........................................136

3.2. Результаты численного расчета НДП.....................................................152

3.3. Результаты численного расчета пересчетного коэффициента

для метода КНД-М....................................................................................165

3.3.1. Пересчетный коэффициент для необсаженных скважин...........165

3.3.2. Пересчетный коэффициент для обсаженных скважин...............170

3.4. Патентный поиск по методу КНД-М.....................................................173

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КАРОТАЖА НЕЙТРОНОВ ДЕЛЕНИЯ (КНД-М) ДЛЯ ПРЯМОГО КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УРАНА В ЕСТЕСТВЕННОМ ЗАЛЕГАНИИ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ГЕОЛОГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РУД И , ПОРОД РУДОВМЕЩАЮЩЕГО ГОРИЗОНТА (ВЛАЖНОСТЬ, ПОРИСТОСТЬ, ГЛИНИСТОСТЬ)........................................................................179

4.1. Аппаратурный комплекс КНД-М...........................................................179

4.2. Задачи, решаемые при проведении каротажа скважин

на технологических полигонах ПСВ с опытным макетным образцом скважинного прибора КНД-48..............................................185

4.3. Результаты исследований с опытным образцом скважинного прибора КНД-48 на технологических полигонах ПСВ.......................191

4.4. Методика исследований...........................................................................192

4.5. Заключение по испытаниям опытного макетного образца скважинного прибора КНД-48. Направления совершенствования опытного скважинного прибора, реализующего метод КНД-М и ИНК-Т.........198

4.6. Новые опытные образцы скважинных приборов

КНД-53 и КНД-60, реализующие методы КНД-М и ИНК-Т..............199

4.7. Результаты исследований на моделях ОСО СОСВУРТ-5, 7, КПС № 6789 и по скважине № 251625 месторождения

«Южный Карамурун».............................................................................200

4.8. Новые возможности методики определения содержания урана в рудовмещающих пластах на основе интерпретации данных методов КНД-М и ИНК-Т скважинных приборов КНД-53 и КНД-60.............206

4.9. Новые возможности определения лито-фильтрационных свойств, пластов рудовмещающего горизонта на основе интерпретации данных метода ИНК-Т скважинных приборов КНД-53 и КНД-60..................208

4.10. Предложения по использованию геотехнологических данных, получаемых при интерпретации каротажа методами КНД-М и ИНК-Т опытных образов скважинных приборов

КНД-53 и КНД-60....................................................................................210

4.11. Результаты опытно-методических работ.............................................192

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................213

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................215

СПИСОК РИСУНКОВ

Рис. 1.1 Каратаусский ураново-рудный район. Обзорная геологическая карта района (сост. Е. Г. Петров, 2001) 30

Рис. 1.2 Геологическая карта Каратаусского рудного района (со снятым чехлом плиоцен-четвертичных отложений) (сост. Е. Г. Петров, 2001) 34

Рис. 1.3 Месторождение «Заречное». Геологический разрез по профилю (сост. Е. Г. Петров, 2001) 36

Рис. 2.1 Зависимость длины диффузии тепловых нейтронов генератора L2b (см) от содержания бора в глинистой фракции рудных песчаников с (г/т) 125

Рис. 3.1 Зависимость пористости различных минералов от диаметра частиц d для рыхлого и уплотненного окатанного кварца (7), рыхлого и уплотненного остроугольного кварца (2) и рыхлой и уплотненной слюды (мусковита) (3) 137

Рис. 3.2 Зависимость коэффициента пористости Кп от содержания в породах мелкой глинистой фракции пелитовых (pi) частиц (по Л. П. Долиной, 1957) 139

Рис. 3.3 Размещение частиц пород в модели 140

Рис. 3.4 Структурный элемент укладки шаров (ромбоэдр) 141

Рис. 3.5 Зависимость коэффициента пористости от плотности укладки шаровых частиц 8 (рыхлая укладка В = л/2 = 1,57, плотная укладка 0 = тс/3 = 1,05) 142

Рис. 3.6 Зависимость коэффициента пористости двухфракционной песчано-алевритового песчаника от объема мелкой (алевритовой) фракции частиц V^x, 0 < х < 1 148

Рис. 3.7 Зависимость коэффициента пористости трехфракционной модели рудных песчаников Мынкудука от объемного содержания частиц мелких фракций (алевритовых - V2 и 150

глинистых - У3)

Рис. 3.8 Зависимость коэффициента пористости трехфракционной модели рудных песчаников Мынкудука от объемного содержания частиц мелких фракций (алевритовых - У2 и глинистых - К3) 152

Рис. 3.9 Зависимость длины диффузии тепловых нейтронов Ь2 от содержания бора рЬ в глинистой фракции руд Мынкудука 157

Рис. 3.10 Зависимость длины диффузии быстрых нейтронов генератора от водонасыщенной пористости рудного пласта со для руд типичного состава при содержании глинистого цемента равном р= 15% 160

Рис. 3.11 Зависимость длины диффузии тепловых нейтронов генератора Ь2 от водонасыщенной пористости рудного пласта со для руд типичного состава при содержании глинистого цемента равном £>=15% 160

Рис. 3.12 Зависимость длины диффузии быстрых нейтронов деления Ь от водонасыщенной пористости рудного пласта со для руд типичного состава при содержании глинистого цемента равном /?=15%) 161

Рис. 3.13 Зависимость длины диффузии быстрых нейтронов генератора Ь\ от содержания глинистого цемента р в типичных рудных песчаниках Мынкудука при водонасыщенной пористости рудного пласта со = 22,75 % 161

Рис. 3.14 Зависимость длины диффузии тепловых нейтронов генератора Ь2 от содержания глинистого цемента р в типичных рудных песчаниках Мынкудука при водонасыщенной пористости рудного пласта со = 22,75 % 162

Рис. 3.15 Зависимость длины диффузии быстрых нейтронов деления Ь от содержания глинистого цемента р в типичных рудных 162

песчаниках Мынкудука при водонасыщенной пористости рудного пласта оэ = 22,75 %

Рис. 3.16 Зависимость длины диффузии тепловых нейтронов генератора ¿2 от содержания бора с в типичных рудных песчаниках Мынкудука при глинистости р = 15% и водонасыщенной пористости пласта со = 22,75 % 163

Рис. 3.17 Зависимость длины диффузии тепловых нейтронов генератора Ь2 от содержания редких земель с в типичных рудных песчаниках Мынкудука при глинистости р = 15 % и водонасыщенной пористости рудного пласта со = 22,75 % 164

Рис. 3.18 Зависимость длины диффузии тепловых нейтронов генератора Ь2 от содержания редких земель с, полученных по данным элементного анализа, в типичных рудных песчаниках Мынкудука при глинистости р = 15 % и водонасыщенной пористости рудного пласта со = 22,75 % 164

Рис. 3.19 Зависимость пересчетного коэффициента для нейтронов деления в скважине для типичного зонда, расположенного на оси скважины Фс, на стенке Фс(го) и в промежуточном положении между осью и стенкой скважины Фс1 от толщины слоя воды в скважине го, см 166

Рис. 3.20 Зависимость пересчетного коэффициента к/ в относительных единицах, соответствующих стандартным условиям каротажа, от толщины слоя воды в скважине го для типичного зонда 2 = 25 см, расположенного на оси скважины к/, на стенке к/ (го) и в промежуточном положении между осью и стенкой скважины кП 167

Рис. 3.21 Увеличение пересчетного коэффициента для скважинного прибора, расположенного на стенке скважины Я(го), по сравнению с центральным (осевым) положением прибора в 167

зависимости от толщины слоя бурового раствора в скважине го, см

Рис.3.22 Зависимость пересчетного коэффициента в абсолютных единицах потока нейтронов деления на оси скважины Фс для руды типичного состава при различной влажности руды ш = уаг (0 < со < 55 %) для типичного зонда длиной г = 20 см от толщины слоя воды в скважине 2,5 см < го < 8,0 см 168

Рис. 3.23 Зависимость пересчетного коэффициента в абсолютных единицах потока нейтронов деления на стенке скважины Фс(го) для руды типичного состава при различной влажности руды со = уаг (0 < со < 55 %) для типичного зонда длиной г = 20 см от толщины слоя воды в скважине 2,5 см < го < 8,0 см 168

Рис. 3.24 Зависимость пересчетного коэффициента в абсолютных единицах потока нейтронов деления на стенке скважины Фс(го) при различной влажности руды со = уаг (0 < со < 55 %) для типичного зонда длиной г = 20 см, типичного слоя бурового раствора между стенками скважины и прибора го = 4,5 см от глинистости руды р = уаг (0 < р < 90 %) 169

Рис. 3.25 Зависимость пересчетного коэффициента в абсолютных единицах потока нейтронов деления на стенке скважины Фс(го) для типичной руды с содержанием глинистого цемента р=15% , для типичной толщины слоя бурового раствора в скважине го = 4,5 см, при различной влажности руды (водонасыщенной пористости со) от длины зонда г = уаг (15см < г <30 см) 170

Рис.3.26 Зависимость пересчетного коэффициента для нейтронов деления от длины зонда в скважине обсаженной полиэтиленовыми трубами 171

Рис. 3.27 Зависимость пересчетного коэффициента для нейтронов 172

деления от водонасыщенной пористости рудного песчаника в скважинах, обсаженных полиэтиленовыми трубами

Рис. 3.28 Зависимость пересчетного коэффициента для нейтронов деления от глинистости рудного песчаника в скважинах, обсаженных полиэтиленовыми трубами 172

Рис. 4.1 Пример сопоставления данных гамма-каротажа и каротажа КНД-М, показывающий различия в ореолах распределения радия и урана в пределах скважины (коэффициент радиоактивного равновесия равен 0,8) 182'

Рис. 4.2 Блок-схема аппаратурного комплекса КНД-М (двухзондовый стандарт) 183

Рис. 4.3 Сравнение результатов анализа керна скважин и результатов измерений КНД-М (применен прибор КНД-53 в двухзондовом стандарте) 184

Рис. 4.4 Сравнение результатов анализа керна скважин и результатов измерений КНД-М (применен прибор в однозондовом стандарте) 184

Рис. 4.5 График частотного распределения значений влажности по участку ОПВ-2 месторождения «Акдала» 187

Рис. 4.6 График Кпот - / (тэ). Коэффициент корреляции между параметрами Кпсгт и тэ, равен ~ 0,9 209

Рис. 4.7 График зависимости Кф = /(ар„) 209

Рис. 4.8 Пример использования КНД-М на одном из вышеприведенных месторождений для прямого определения массовой доли урана с учетом влияния водородосодержания среды 211

и

СПИСОК ТАБЛИЦ

Табл. 2.1 Нейтронные параметры горных пород силикатного состава и поровых вод 75

Табл. 2.2 Замедляющие нейтронные параметры для быстрых нейтронов деления в водонасыщенных песчаниках различной пористости 76

Табл. 2.3 Нейтронные параметры горных пород силикатного состава 77

Табл. 1-ТЗ Химический состав руд (по результатам анализов групповых проб минералого-геохимических профилей), горизонт Мынкудукский, средние значения 79

Табл. 1.1-ТЗ Средний элементный состав руд урановых гидрогенных месторождений при различных значениях влажности (массовые доли выражены в %) 79

Табл. 2-ТЗ Соотношение глинистых минералов в поровом заполнителе песков (по данным рентгенофазового анализа), Мынкудукский горизонт 80

Табл. З-ТЗ Результаты химического анализа содержания элементов в алеврит-глинистой фракции порового заполнителя песков Мынкудукского горизонта 80

Табл. 4-ТЗ Среднее содержание ТЯ и У в профиле геохимической зональности. Месторождение «Мынкудук» в (г/т) по горизонтам 81

Табл. 5-ТЗ Анализ спектральный количественный метод с плазменным источником возбуждения 81

Табл. 6-ТЗ Вводно-физические свойства Мынкудукского горизонта 81

Табл. 2.4 Эффективные микросечения взаимодействия быстрых и тепловых нейтронов генератора и быстрых нейтронов деления с ядрами элементов горных пород 99

Мынкудукского рудного горизонта

Табл. 2.5 Расчет параметров переноса нейтронов в среде силикатного состава различной влажности (для генератора нейтронов с Е0 = 14,1 МэВ) 105

Табл. 2.6 Расчет параметров переноса нейтронов деления в среде силикатного состава различной влажности 106

Табл. 2.7 Результаты расчета параметров диффузионного переноса первичных нейтронов генератора в силикатной среде (8Ю2) различной влажности 107

Табл. 2.8 Результаты расчета параметров диффузионного переноса нейтронов деления в силикатной среде (8102) различной влажности 107

Табл. 2.9 Расчет параметров переноса быстрых нейтронов генератора в глиноземе (А1203) 108

Табл. 2.10 Расчет параметров переноса тепловых нейтронов генератора в глиноземе (А12Оз) 109

Табл. 2.11 Расчет параметров переноса быстрых нейтронов деления в глиноземе (А12Оз) 110

Табл. 2.12 Сравнение параметров переноса нейтронов в кремнеземе и глиноземе 111

Табл. 2.13 Нейтронные диффузионные параметры переноса быстрых и тепловых нейтронов Б-Т-источника и быстрых нейтронов деления в обсадных трубах' 119

Табл. 2.14 Нейтронные диффузионные параметры переноса быстрых и тепловых нейтронов Б-Т-источника и быстрых нейтронов деления в пресной воде 122

Табл. 2.15 Характеристика содержания высокобарных элементов в горных породах терригенного и карбонатного состава 123

Табл. 2.16 Параметры переноса тепловых нейтронов в типичных

рудах Мынкудука с различным содержанием бора 124

Табл. 2.17 Эквивалентные содержания нейтроннопоглощающих элементов 125

Табл. 3.1 Результаты численного расчета НДП для песчаной фракции руд Мынкудука по содержанию породообразующих окислов 155

Табл. 3.2 Нейтронные диффузионные параметры для руд Мынкудука в зависимости от влажности руды 155

Табл. 3.3 Результаты численного расчета НДП для глинистой фракции руд Мынкудука по данным минералогического анализа 156

Табл. 3.4 Результаты численного расчета НДП для глинистой фракции руд Мынкудука по данным химического анализа 156

Табл. 3.5 НДП песчаной фракции руды Мынкудука (по данным химанализа) 159

Табл. 3.6 НДП глинистой фракции руды Мынкудука (по данным химанализа) 159

Табл. 3.7 НДП водной среды 159

Табл. 3.8 Результаты расчета НДП для руд Мынкудука типичного состава 160

Табл. 3.9 Ядерные геофизические методы и аппаратура 174

Табл. 3.10 Минимальный регламент поиска 176

Табл. 4.1 Данные вла